基于s7-200的高炉泥炮控制设计(编辑修改稿)

基于s7-200的高炉泥炮控制设计(编辑修改稿)内容摘要：

工业控制不可确缺少的装置，被广泛应用在工业的各行各业中。 根据国外资料统计，在业控制中，顺序控制是工控 第 8 页 共 43 页 不可缺少的一环，几乎任何一个过程控制和生产管理都是有步骤地进行的，因此都可以采用 PLC 工控中的 80%都由 PLC 来完成。 目前国外 PLC 应用于自动控制这一领域占 60%，应用于数据管理占 20%，用于生产管理占 18%，用于人机接口占 22%。 可见对于工控来说 PLC 占主导地位 ,而数据处理、 生产管理等目前计算 机仍是主体。 在中国的 PLC 市场中分为大型 PLC，中型 PLC 和小型 PLC 市场。 罗克韦尔自动化 Control Logix 占据着大型 PLC 市场的领导地位，其次是施耐德 Quantum 和西门子 ST400。 中型 PLC 市场西门子份额最大，其次是 Omron 和罗克韦尔自动化。 三菱、西门子在小型 PLC 市场份额较大。 台达等小型 PLC 中也有一定的市场。 西门子总体市场份额排名第一。 目前， PLC 已成为美国、日本、德国和英国等国家工业自动化控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了冶金、石油 、化工、建材、机械制造、轻工、交通、汽车、电力、环保及娱乐、食品等所有工业行业，成为自动化领域最重要、应用最多的控制设备。 全球 PLC 发运件数 1998 年为 1456 万件， 1999 年为 1620 万件， 20xx 年达到 1778 万件。 在 20xx 年发运的 PLC 中，按最终用户分 :汽车占 23%，粮食加工占 %, 化学药品占 %，金属、矿山占 %，纸浆、造纸占 %，其他占 %。 20xx 年 PLC 的销售额在控制市场份额中超过 50%。 20xx 年， PLC 的 国内市场销售达到 60 亿元，其中进口约占 60%左右国内 PLC 的年均需求增长率为 15%，以满足石油、化工、电力及市政等行业技改的需要。 下面以汽车行业为例，介绍 PLC 的具体应用。 采埃孚转向泵金城有限公司投资的转向泵自动装配线采用 S7200 PLC 设计的一种程序控制系统，结合 Kistler 的 CoMo IIS 智能测量仪表，该系统实现了对压力和位移的高精度实时监控，保证了汽车转向泵的高质量装配要求。 与 20xx 年成功投入生产。 奇瑞公司鉴于一期工程采用罗克韦尔自动化公司 AB 品牌的 PLC 产品的良好运行状况，再次选用罗克韦尔自动化公司的 PLC5 可编程序控制器、 RSLogix 5 编程软件、 RSNetWork 控制网组态软件以及 RSView 监控软件组成的自控系统，来控制二期工程的总装车间整个生产装配线，实现各项功能，满足整个车间对自动化控制系统的要求。 此外，奇瑞公司二期工程的焊装输送线和涂装输送线也采用了罗克韦尔自动化公司的 AB 品牌 PLC。 海大众汽车二厂焊接车间主要生产桑塔纳 20xx 型轿车的车身。 由 44 台西门子公司的 PLC（由 S5115U、 S5135U 和 S555U 构成）分别控制六条生产流水线上的各种加工设备，使其相互协调地、连续地、自动地运行，使车间达到每 56 秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力。 上海大众汽车有限公司应用 第 9 页 共 43 页 SIEMENS PLC 为基础的控制系统，结合 Profibus 现场工业总线技术和 WinCC 工业组态软件的 SCADA 技术，成功开发了高速旋杯自动静电喷涂机该监控系统，从 20xx 年安装在现场运行至今，系统稳定、可靠。 北汽福田公司选用 OMRON 的 CQM 1H 系列紧凑型 PLC，结合上位机和现场大屏幕 ，组成轻卡生产线的生产关管理系统，完成对轻卡的内饰、吊装等内容。 除了上述已经确切投入使用的 PLC 实例外，目前，各学校、企业对 PLC 的应用研究十分多。 例如对铁路发电车的 PLC 逻辑控制研究，由三台 PLC 分别采集三台柴油发电机的水温、油温、机油压力、运行转速等，控制柴油机的启动及运行；基于 PLC 的重型载车自动调平系统采用 PLC 来控制大型军用车辆上的液压自动调平系统，以便实现精确打击、快速反应，以适应未来战场。 又如台州学院结合汽车起动机耐久性试验的特点，给出了实现 PLC 控制的汽 车起动机耐久性试验系统的研究方案；广州工业大学和广州机械科学研究院利用 PLC 对汽车制动软管爆裂试验台控制系统做了改进和研究等等。 许多生产厂家还提出了基于 PLC 的各种汽车零件检验检测、汽车装配的行业解决方案。 因此可以预计，不仅在汽车生产上，在汽车试验、汽车检测与维修、军工车辆及其它特种车辆上， PLC 都将得到更广泛的应用。 泥炮驱动系统 液压系统作用及组成 液压 系统的作用为通过改变 压强 增大作用力。 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、 执行元件 、控制元件、辅助元件（附件）和 液压油。 （ 1）动力元件 动力元件的作用是将 原动机 的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的 油泵 ，它向整个液压系统提供动力。 液压泵 的结构形式一般有 齿轮泵 、叶片泵和 柱塞泵。 （ 2） 执行元件 执行元件 (如 液压缸 和 液压马达 )的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 （ 3） 控制元件 控制元件 (即各 种液压阀 )在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。 根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、 流量控制阀 和方向控制阀。 压力控制阀又分为溢流阀 (安全阀 )、 减压阀 、顺序阀、 压力继电器 等； 流量控制阀 包括 节流阀 、调整阀、 分流集流阀 等；方向控制阀包括单向阀、 液控单向阀 、梭阀、换向阀等。 根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 第 10 页 共 43 页 （ 4） 辅助元件 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 （ 5） 液压油 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 有一点机械常识的人都知道，能量会互相转换的，而把这个知识运用到液压系统上解释液压系统的功率损失是最好不过了，液压系统功 率一方面会造成能量上的损失，使系统的总效率下降，另一方面，损失掉的这一部分能量将会转变成热能，使液压油的温度升高，油液变质， 导致液压设备出现故障。 因此，设计液压系统时，在满足使用要求的前提下，还应充分考虑降低系统的功率损失。 气动系统主要特点 气动技术是以压缩气体为工作介质进行能量和信号的传递，从而实现生产过程自动化的一门技术，由于其传动介质为气体，具有安全、廉价、对环境无污染的特点，气压传动广泛应用于自动化生产线中，特别是轻工、食品、医药等行业。 但空气可压缩性大，因此气动系统动作稳定性差，负载 变化时对工作速度的影响大，气动系统的压力低，不易做大输出力度和力矩，气控信号传递速度慢于电子及光速，不适应高速复杂传递系统。 而液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，能很方便地实现无级调速，调速范围大，并且液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击，由于其反应速度快，故可实现频繁换向。 因此，本设计采用液压控制系统。 液压泥炮虽然解决了电动泥炮存在的一些问题，但仍存在泥炮高度大和回转机构的油缸易磨损等问题。 液压泥炮在国外也得到了迅速的发展，在许多国家的大型高炉上均使用 了液压泥炮。 目前比较有代表性的液压泥炮有 MHG 型、 IHI 型和 PW 型。 IHI 型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司设计制造的。 该泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置等组成。 我国首钢 2 号高炉使用了这种液压泥炮。 使用过程中发现压紧机构的滑道易于积灰而迅速磨损，并经常出现因移动阻力大，炮嘴压不紧泥套等问题。 MHG 型液压泥炮是由日本三菱重工公司设计制造的。 其由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置组成。 我国宝钢 1 号高炉使用了这种液压泥炮。 PW 型液压泥炮是由卢森堡 PW 公司设计的，用于欧洲的一些 高炉上。 泥炮由打泥机构和回转机构组成，它没有专门的压炮机构和锁紧装置，依靠回转机构使炮嘴压 第 11 页 共 43 页 紧在出铁口的泥套上。 为了使炮身在转向和压紧出铁口时有一定的倾斜度，泥炮回转机构的支柱是倾斜的，当炮身绕倾斜支柱回转时，炮身边回转，边倾斜向出铁口。 当炮嘴接近出铁口时，炮嘴在水平面内做近似直线运动。 这种泥炮回转机构的特点是不用油马达，而是采用活塞油缸。 油缸通过一组杆机构带动旋转臂架回转，打泥时，另由蓄压器向回转机构的液压缸补压，使炮嘴压紧在出铁口上。 随着高炉大型化和高压操作技术的实现以及炉前操作机械化的要求，液压泥炮将会得到更广泛的使用，从而取代电动泥炮，成为将来泥炮机构中的主宰。 3200m3 泥炮液压系统简介 唐钢炼铁厂 3200 m3 高炉泥炮为 YP6000 E 液压泥炮 ,其结构紧凑 , 动作简单。 设备的运行由两个液压缸驱动完成 ,回转液压缸驱动转臂完成回转动作，打泥液压缸驱动打泥活塞完成打泥动作。 由于是倾斜机架 ,回转动作完成时炮口同时对准出铁口 ,回转油缸同时担负泥炮压炮功能。 回转油缸一端外置 ,便于拆装。 连杆机构等附件均设置在机体内 ,外部机罩加以保护。 其主要技术参数如下表 表 打泥机构 泥缸 有效容积 泥缸直径 600mm 回转机构 回转工作角度 143 o 回转时间 9~13s 回转半径 3600mm 唐钢 3200m3 高炉设有四个铁口 , 每个铁口各设置一台液压泥炮。 高炉设有炉前集中液压站 ,内设泵源系统 ,为液压泥炮提供液压动力源。 高炉泥炮液压系统其主要技术参数如表 ： 表 额定压力 液压系统工作压力 28MPa 转炮油缸技术参数如表 ： 表 活塞直径 310mm 活塞杆直径 200mm 油缸行 程 1390mm 完成活塞行程所需时间 9~13s 第 12 页 共 43 页 3200 3m 高炉泥炮液压系统包括油箱 、泵组部分 、调压控制组部分 、循环冷却过滤装置 、泥炮液压控制主阀阀台 、泥炮液压控制操作阀台 、前置差动油路块等。 （ 1）油箱 油箱上配备有油温控制器 、空气滤清器和回油过滤器。 液位控制器可实现油箱油位远程控制和仪表显示。 图 油箱示意图 1— 液位计； 2— 吸油管； 3— 温度计 ； 4— 空气过滤器 ； 5— 吸油过滤器 ； 6—隔板 ； 7— 回油管 ； 8— 放油塞 ； 9— 地脚 第 13 页 共 43 页 （ 2）调压控制部分 图 YZ 液压站结构型式及调压系统图 （ 3）循环冷却过滤装置 当系统油温偏高时，冷却泵能自动启动 ,油温正常后 ,冷却泵自动停止。 当系统油温偏低时 , 加热器能自动启动 ,油温正常后 ,加热器自动停止。 （ 4）泥炮液压控制阀台和前置差动 油块 实际设计时转炮缸前进采用差动油路 , 实现快进 ,并当泥炮转至铁口处后 , 自动脱离差动 ,保证转炮缸压力满足堵口需要。 同时差动回路的油流不需经过液动阀 ,减少液动阀的流量。